JP2020129434A - Aging method of fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池のエージング方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell aging method.
燃料電池(燃料電池スタックともいう)は、複数のセルを積層することにより形成され、反応ガスである燃料ガス(例えば水素)及び酸化剤ガス(例えば空気)をアノード側電極及びカソード側電極に供給して電気化学的に反応させることにより、電気エネルギー(起電力)を得るシステムである。 A fuel cell (also referred to as a fuel cell stack) is formed by stacking a plurality of cells, and supplies fuel gas (for example, hydrogen) and oxidant gas (for example, air) that are reaction gases to an anode electrode and a cathode electrode. It is a system that obtains electric energy (electromotive force) by electrochemically reacting with each other.
燃料電池のセル(燃料電池セル又は単セルともいう)は、イオン透過性の電解質膜と、該電解質膜を挟持するアノード側触媒層(電極層)及びカソード側触媒層(電極層)とからなる膜電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)を備えている。MEAの両側には、燃料ガス若しくは酸化剤ガスを提供するとともに電気化学反応によって生じた電気を集電するためのガス拡散層(GDL:Gas Diffusion Layer)が形成されている。GDLが両側に配置されたMEAは、MEGA(Membrane Electrode & Gas Diffusion Layer Assembly)と称され、MEGAは、一対のセパレータにより挟持されている。ここで、MEGAが燃料電池の発電部(すなわち、セルの発電部)であり、ガス拡散層がない場合には、MEAが燃料電池の発電部となる。 A cell of a fuel cell (also referred to as a fuel cell or a single cell) comprises an ion-permeable electrolyte membrane, and an anode-side catalyst layer (electrode layer) and a cathode-side catalyst layer (electrode layer) that sandwich the electrolyte membrane. It has a membrane electrode assembly (MEA: Membrane Electrode Assembly). Gas diffusion layers (GDL: Gas Diffusion Layer) are formed on both sides of the MEA for supplying a fuel gas or an oxidant gas and collecting electricity generated by an electrochemical reaction. The MEA in which the GDLs are arranged on both sides is called MEGA (Membrane Electrode & Gas Diffusion Layer Assembly), and the MEGA is sandwiched by a pair of separators. Here, MEGA is the power generation unit of the fuel cell (that is, the power generation unit of the cell), and when there is no gas diffusion layer, MEA is the power generation unit of the fuel cell.
この種の燃料電池では、初期の乾燥した電解質膜の抵抗、製造工程で触媒に形成される酸化被膜、揮発有機物による触媒の被毒のため、初期発電性能が低くなっている。そこで、通常、燃料電池の組み立て後に所望の発電性能を引き出すため、燃料電池のエージング運転(単に、エージングということもある)と称される予備運転(ならし運転)が行われている。このエージング運転は、燃料電池の組み立て後に予備的に発電することで、電解質膜を湿潤させて電解質膜抵抗を低減し(換言すれば、電解質膜の導電性を高くする)、触媒表面の酸化被膜と有機物を除去することにより、セルの性能が所望の能力を発揮できるようにするものである。また、製造した後だけではなく、例えば、燃料電池を休止した後(特に、長期間休止した後)に再発電させる際(再起動時)や、長期間の発電によって起電力などの出力特性が低下した際などにも、上述のエージング運転を行うことによって、燃料電池の出力特性を回復する場合もある。 In this type of fuel cell, the initial power generation performance is low due to the resistance of the initial dry electrolyte membrane, the oxide film formed on the catalyst in the manufacturing process, and the poisoning of the catalyst by volatile organic substances. Therefore, in order to bring out desired power generation performance after the fuel cell is assembled, a preparatory operation (leveling operation) called a fuel cell aging operation (sometimes simply referred to as aging) is performed. In this aging operation, by preliminarily generating electric power after the fuel cell is assembled, the electrolyte membrane is wetted to reduce the resistance of the electrolyte membrane (in other words, the conductivity of the electrolyte membrane is increased), and the oxide film on the catalyst surface is formed. By removing the organic substances, the cell performance can be brought to a desired level. In addition, not only after manufacturing, but when the power generation is restarted (e.g., after restarting) after the fuel cell is shut down (particularly after being shut down for a long time), output characteristics such as electromotive force due to long-term power generation. The output characteristics of the fuel cell may be recovered by performing the above-mentioned aging operation even when the fuel cell is lowered.
しかし、上述のような燃料電池のエージング(ならし運転)に要する時間(エージング時間)は非常に長く、生産台数の増加、普及に伴い、製造工程上の大きな課題となっている。 However, the time (aging time) required for the aging (run-in operation) of the fuel cell as described above is very long, and it has become a major problem in the manufacturing process with the increase and spread of the number of production.
そこで、エージングを短時間で行う(換言すれば、エージング時間を短縮させる)ために、従来から種々の提案がなされている。例えば下記特許文献1には、加湿された反応ガスを燃料電池に供給し、電解質膜を良い湿潤状態に維持することにより、セルの活性度のばらつきを抑制でき、エージング時間の短縮を図る燃料電池のエージング方法が開示されている。
Therefore, in order to perform aging in a short time (in other words, shorten the aging time), various proposals have been conventionally made. For example, in
しかし、上述した燃料電池のエージング方法では以下の問題が生じている。すなわち、図5(B)に示すように、加湿された反応ガスがセルを流れるときに、セルの反応ガス入口から反応ガス流路に入り、セルの反応ガス出口経由で外部に排出される順序になっているので、反応ガス入口付近の電解質膜は先に反応ガスに含まれた水分に湿潤され、反応ガス出口付近の電解質膜は最後に湿潤される。ここで、反応ガス出口に近づくにつれ、反応ガスに含まれた水分が次第に減っていくが、電気化学反応で水が生成されるため、生成水によって電解質膜の湿潤状態が保たれている。 However, the above-described fuel cell aging method has the following problems. That is, as shown in FIG. 5B, when the humidified reaction gas flows through the cell, it enters the reaction gas passage from the reaction gas inlet of the cell and is discharged to the outside via the reaction gas outlet of the cell. Therefore, the electrolyte membrane near the reaction gas inlet is wetted by the water contained in the reaction gas, and the electrolyte membrane near the reaction gas outlet is wetted last. Here, the water contained in the reaction gas gradually decreases as it approaches the reaction gas outlet, but since water is generated by the electrochemical reaction, the wet state of the electrolyte membrane is maintained by the generated water.
図5(B)に示す場合、反応ガス入口付近は電気化学反応が最も活発なエリアであるので、反応ガス入口付近で反応ガスが多く消費されてしまい、反応ガス出口に近づくにつれて消費できる反応ガスが少なくなっていく。これによって、反応ガス入口から反応ガス出口に向かって発電電流が徐々に減少していき、すなわちセル全体の電流分布に偏りが発生する。電流分布に偏りが生じると、エージングの進みの良い部分と悪い部分ができてしまい、燃料電池のエージング時間が却って長くなる問題が生じる。 In the case shown in FIG. 5B, since the electrochemical reaction is most active near the reaction gas inlet, a large amount of the reaction gas is consumed near the reaction gas inlet, and the reaction gas that can be consumed as the reaction gas approaches the outlet. Is getting smaller. As a result, the generated current gradually decreases from the reaction gas inlet toward the reaction gas outlet, that is, the current distribution in the entire cell is biased. When the current distribution is biased, a portion where aging progresses well and a portion where aging progresses poorly occur, which causes a problem that the aging time of the fuel cell becomes rather long.
本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、セル全体の電流分布の偏りを抑制しつつ、エージング時間を短縮できる燃料電池のエージング方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a technical problem, and an object of the present invention is to provide an aging method for a fuel cell capable of shortening the aging time while suppressing the bias of the current distribution of the entire cell. To do.
本発明に係る燃料電池のエージング方法は、反応ガス入口と反応ガス出口とを有するセルが複数積層された燃料電池に対し、加湿された反応ガスを供給してエージングを行う燃料電池のエージング方法であって、少なくとも前記反応ガス入口付近及び前記反応ガス出口付近の発電電流をそれぞれ計測し、前記反応ガス入口付近の発電電流の計測値が前記反応ガス出口付近の発電電流の計測値よりも大きい場合には加湿される反応ガスの湿度を低下させ、前記反応ガス入口付近の発電電流の計測値が前記反応ガス出口付近の発電電流の計測値よりも小さい場合には加湿される反応ガスの湿度を上昇させることを特徴としている。 The fuel cell aging method according to the present invention is a fuel cell aging method of supplying a humidified reaction gas to perform aging for a fuel cell in which a plurality of cells having a reaction gas inlet and a reaction gas outlet are stacked. And at least the generated currents near the reaction gas inlet and the reaction gas outlet are measured, respectively, and the measured value of the generated current near the reaction gas inlet is larger than the measured value of the generated current near the reaction gas outlet. To lower the humidity of the reaction gas to be humidified, and if the measured value of the generated current near the reaction gas inlet is smaller than the measured value of the generated current near the reaction gas outlet, set the humidity of the humidified reaction gas to It is characterized by raising.
本発明に係る燃料電池のエージング方法では、反応ガス入口付近及び反応ガス出口付近の発電電流をそれぞれ計測し、反応ガス入口付近の発電電流の計測値が反応ガス出口付近の発電電流の計測値よりも大きい場合に加湿される反応ガスの湿度を低下させ、反応ガス入口付近の発電電流の計測値が反応ガス出口付近の発電電流の計測値よりも小さい場合に加湿される反応ガスの湿度を上昇させることで、セル全体の電流分布の偏りを抑制し、電流分布を均一に保つことができる。その結果、エージング時間を短縮することができる。 In the fuel cell aging method according to the present invention, the generated currents near the reaction gas inlet and the reaction gas outlet are measured, respectively, and the measured value of the generated current near the reaction gas inlet is smaller than the measured value of the generated current near the reaction gas outlet. If the measured value of the generated current near the reaction gas inlet is smaller than the measured value of the generated current near the reaction gas outlet, the humidity of the reaction gas to be humidified is increased. By doing so, it is possible to suppress the bias of the current distribution of the entire cell and keep the current distribution uniform. As a result, the aging time can be shortened.
本発明によれば、セル全体の電流分布の偏りを抑制しつつ、エージング時間を短縮することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the aging time while suppressing the deviation of the current distribution of the entire cell.
以下、図面を参照して本発明に係る燃料電池のエージング方法の実施形態について説明する。なお、本実施形態でいう「反応ガス」は、上述したように燃料ガス及び酸化剤ガスのことであり、以下の説明において両者を区別する必要がある場合に「燃料ガス」または「酸化剤ガス」といい、区別する必要がない場合に「反応ガス」という。 Hereinafter, an embodiment of a fuel cell aging method according to the present invention will be described with reference to the drawings. The "reaction gas" in the present embodiment refers to the fuel gas and the oxidant gas as described above, and when it is necessary to distinguish the two in the following description, "fuel gas" or "oxidant gas" "Reaction gas" when there is no need to distinguish.
[燃料電池の構造]
まず、図1及び図2を基に燃料電池のエージング方法の適用対象である燃料電池の構造を簡単に説明する。図1(A)は燃料電池のエージング方法の適用対象である燃料電池の要部断面図であり、図1(B)は燃料電池のエージング方法の適用対象である燃料電池の全体外観図である。図2は燃料電池のセルを示す平面図である。
[Structure of fuel cell]
First, a structure of a fuel cell to which the fuel cell aging method is applied will be briefly described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1A is a cross-sectional view of a main part of a fuel cell to which a fuel cell aging method is applied, and FIG. 1B is an overall external view of a fuel cell to which a fuel cell aging method is applied. .. FIG. 2 is a plan view showing a cell of a fuel cell.
図1(A)に示すように、燃料電池10には、基本単位であるセル1が複数積層されている。セル1は、酸化剤ガス(例えば空気)と、燃料ガス(例えば水素)と、の電気化学反応により起電力を発生する固体高分子型燃料電池である。このセル1は、MEGA2と、MEGA2を区画するように、MEGA2に接触するセパレータ3とを備えている。図1(A)に示すように、MEGA2は、一対のセパレータ3、3によって挟持されている。
As shown in FIG. 1(A), the
MEGA2は、膜電極接合体(MEA)4と、膜電極接合体4の両面に配置されたガス拡散層7、7とが、一体化されたものである。膜電極接合体4は、電解質膜5と、電解質膜5を挟むように配置された一対の電極6、6とからなる。電解質膜5は、固体高分子材料で形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜からなり、電極6は、例えば白金などの触媒を担持した例えば多孔質のカーボン素材により形成されている。電解質膜5の一方側に配置された電極6がアノードとなり、他方側の電極6がカソードとなる。ガス拡散層7は、例えばカーボンペーパ若しくはカーボンクロス等のカーボン多孔質体、または、金属メッシュ若しくは発泡金属等の金属多孔質体などのガス透過性を有する導電性部材によって形成される。
The
本実施形態では、MEGA2が燃料電池10の発電部であり、セパレータ3は、MEGA2のガス拡散層7に接触している。また、ガス拡散層7が省略されている場合には、膜電極接合体4が発電部であり、この場合には、セパレータ3は、膜電極接合体4に接触している。従って、燃料電池10の発電部は、膜電極接合体4を含むものであり、セパレータ3に接触する。
In the present embodiment, the MEGA 2 is the power generation unit of the
セパレータ3は、導電性やガス不透過性などに優れた金属を基材とする板状の部材であって、その一面側がMEGA2のガス拡散層7と当接し、他面側が隣接する他のセパレータ3の他面側と当接している。
The
本実施形態では、各セパレータ3は、波形状ないし凹凸状に形成されている。セパレータ3の形状は、波の形状が等脚台形をなし、且つ波の頂部が平坦で、この頂部の両端が等しい角度をなして角張っている。つまり、各セパレータ3は、表側から見ても裏側から見ても、ほぼ同じ形状である。MEGA2の一方のガス拡散層7には、セパレータ3の頂部が面接触し、MEGA2の他方のガス拡散層7には、セパレータ3の頂部が面接触している。
In this embodiment, each
一方の電極(例えば、アノード)6側のガス拡散層7とセパレータ3との間に画成される空間は、燃料ガスが流通する燃料ガス流路21になり、他方の電極(例えば、カソード)6側のガス拡散層7とセパレータ3との間に画成される空間は、酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流路22となる。セル1を介して対向する燃料ガス流路21に燃料ガスが供給され、酸化剤ガス流路22に酸化剤ガスが供給されると、セル1内で電気化学反応が生じて起電力が生じるとともに、水が生成される(すなわち、生成水)。そして、燃料ガス流路21の一端は後述する燃料ガス入口31、他端は燃料ガス出口34とそれぞれ連通している。酸化剤ガス流路22の一端は後述する酸化剤ガス入口32、他端は酸化剤ガス出口35とそれぞれ連通している。
A space defined between the
このような構造を有するセル1同士は、あるセル1のアノードとなる電極6と、それに隣接する他のセル1のカソードとなる電極6とを向き合わせた状態で積層されている。また、あるセル1のアノードとなる電極6に沿って配置されたセパレータ3の背面側の頂部と、隣接する他のセル1のカソードとなる電極6に沿って配置されたセパレータ3の背面側の頂部とが、面接触している。隣接する2つのセル1の間で面接触するセパレータ3、3の間に画成される空間は、セル1を冷却する冷却水が流通する冷却水流路23となる。そして、冷却水流路23の一端は後述する冷却水入口33、他端は冷却水出口36とそれぞれ連通している。
The
図2に示すように、セル1の長手方向の一端部(図2では左側端部)には、燃料ガス入口31と、酸化剤ガス入口32と、冷却水入口33とが順に配置されている。セル1の長手方向の他端部(図2では右側端部)には、燃料ガス出口34と、酸化剤ガス出口35と、冷却水出口36とが順に配置されている。なお、燃料ガス入口31及び酸化剤ガス入口32は、特許請求の範囲に記載の「反応ガス入口」に相当し、燃料ガス出口34及び酸化剤ガス出口35は、特許請求の範囲に記載の「反応ガス出口」に相当するものである。
As shown in FIG. 2, a
そして、燃料ガス入口31は燃料電池10の外部に取り付けられた燃料ガス供給管11a、燃料ガス出口34は燃料ガス排出管11bとそれぞれ接続されている(図1(B)参照)。酸化剤ガス入口32は燃料電池10の外部に取り付けられた酸化剤ガス供給管12a、酸化剤ガス出口35は酸化剤ガス排出管12bとそれぞれ接続されている。冷却水入口33は燃料電池10の外部に取り付けられた冷却水供給管13a、冷却水出口36は冷却水排出管13bとそれぞれ接続されている。
The
また、図2に示すように、セル1の周縁部には、MEGA2、燃料ガス入口31、酸化剤ガス入口32、冷却水入口33、燃料ガス出口34、酸化剤ガス出口35及び冷却水出口36を取り囲むように、環状のガスケット8が貼り付けられている。このガスケット8は、ゴムや熱可塑性エラストマー等によって形成されており、セル間シール部材としてセル1同士を積層する際に隣り合うセル1同士の間の空間を封止する。
In addition, as shown in FIG. 2, the
[燃料電池のエージング方法]
以下、図3及び図4を参照して燃料電池のエージング方法について説明する。本実施形態に係る燃料電池のエージング方法は、例えば図3に示すエージング装置40を用い、上述の燃料電池10に対して加湿された燃料ガス及び酸化剤ガスを供給してエージングを行う方法である。
[Fuel cell aging method]
Hereinafter, the aging method of the fuel cell will be described with reference to FIGS. 3 and 4. The fuel cell aging method according to the present embodiment is a method of performing aging by supplying a humidified fuel gas and an oxidant gas to the above-described
エージング装置40は、燃料ガス供給管11aに取り付けられた加湿器41と、酸化剤ガス供給管12aに取り付けられた加湿器42と、セル1における燃料ガス入口31及び酸化剤ガス入口32付近の電流を計測する電流計測器43と、燃料ガス出口34及び酸化剤ガス出口35付近の電流を計測する電流計測器44と、エージング装置40全体の制御を行う制御部45とを備えている。
The aging
加湿器41,42は、例えば反応ガスを水にくぐらせることで加湿するバブラからなる。これらの加湿器41,42は、それぞれ制御部45と電気的に接続され、制御部45の指令に従って水の温度を変えて露点を調整できるように構成されている。
The
電流計測器43は、例えばセル1の燃料ガス入口31及び酸化剤ガス入口32の付近に配置されており、燃料ガス入口31及び酸化剤ガス入口32の付近の電流を計測し、その計測結果を制御部45に送信する。一方、電流計測器44は、例えばセル1の燃料ガス出口34及び酸化剤ガス出口35の付近に配置されており、燃料ガス出口34及び酸化剤ガス出口35の付近の電流を計測し、その計測結果を制御部45に送信する。
The
制御部45は、例えば、演算を実行するCPU(Central processing unit)と、演算のためのプログラムを記録した二次記憶装置としてのROM(Read only memory)と、演算経過の保存や一時的な制御変数を保存する一時記憶装置としてのRAM(Random access memory)とを組み合わせてなるマイクロコンピュータにより構成されており、記憶されたプログラムの実行によってエージング装置40を構成する各構成部品に対する制御を行う。
The
例えば、制御部45は、電流計測器43,44の計測結果に基づいて加湿器41,42の露点(すなわち、加湿状態)の調整を行う。より具体的には、制御部45は、電流計測器43が送信してきた燃料ガス入口31及び酸化剤ガス入口32の付近の電流計測値と、電流計測器44が送信してきた燃料ガス出口34及び酸化剤ガス出口35の付近の電流計測値とを比較し、燃料ガス入口31及び酸化剤ガス入口32の付近の電流計測値が燃料ガス出口34及び酸化剤ガス出口35の付近の電流計測値よりも大きい場合に、加湿される燃料ガス及び酸化剤ガスの湿度を低下させるように、加湿器41,42に温度を下げる制御指令を送信する。
For example, the
一方、燃料ガス入口31及び酸化剤ガス入口32の付近の電流計測値が燃料ガス出口34及び酸化剤ガス出口35の付近の電流計測値よりも小さい場合に、制御部45は、加湿される燃料ガス及び酸化剤ガスの湿度を上昇させるように、加湿器41,42に温度を上げる制御指令を送信する。
On the other hand, when the measured current values in the vicinity of the
また、図3に示すように、エージング装置40は、燃料電池10に放電する放電器46と、燃料電池10の電圧を測定する電圧測定器47とを更に備えている。
Further, as shown in FIG. 3, the aging
図4は実施形態に係る燃料電池のエージング方法を示すフロー図である。上述のエージング装置40を用いて燃料電池のエージング方法を行う際に、例えば、まず加湿器41,42における水の温度を80℃とし、燃料ガス及び酸化剤ガスをそれぞれ加湿した後に、燃料電池10に供給する(ステップS1)。なお、水の温度をより厳格に管理するために、燃料ガス供給管11a及び酸化剤ガス供給管12aに温度調節できるヒーターなどを更に取り付けても良く、ヒーター等の加熱状態を制御することにより供給管内を流れる燃料ガス及び酸化剤ガスの温度を調整できる。
FIG. 4 is a flow chart showing the aging method of the fuel cell according to the embodiment. When performing the fuel cell aging method using the above-described aging
次に、電流計測器43,44を利用して、燃料ガス入口31及び酸化剤ガス入口32の付近の発電電流と、燃料ガス出口34及び酸化剤ガス出口35の付近の発電電流とをそれぞれ計測する(ステップS2)。制御部45は、電流計測器43,44から発電電流の計測値をそれぞれ取得し、燃料ガス入口31及び酸化剤ガス入口32の付近の電流計測値が燃料ガス出口34及び酸化剤ガス出口35の付近の電流計測値よりも大きいか否かを判定する(ステップS3)。そして、燃料ガス入口31及び酸化剤ガス入口32の付近の電流計測値が燃料ガス出口34及び酸化剤ガス出口35の付近の電流計測値よりも大きいと判定した場合に、制御部45は、加湿される燃料ガス及び酸化剤ガスの湿度を低下させるように、加湿器41,42に温度を下げる制御指令を送信する(ステップS4)。
Next, using the
このとき、加湿器41,42は、上述の制御指令を受け、水の温度を下げる。図5(A)に示すように、加湿器41,42の水の温度が下がる(換言すれば、露点が下がる)と、燃料ガス及び酸化剤ガスに含まれる水分が減るので、燃料ガス入口31及び酸化剤ガス入口32の付近の電解質膜の湿潤状態が低下し、電解質膜の導電性が低くなる。これによって、燃料ガス入口31及び酸化剤ガス入口32の付近での電気化学反応が比較的に緩慢になり、発電電流も減少する。
At this time, the
燃料ガス入口31及び酸化剤ガス入口32の付近での電気化学反応が緩慢になると、燃料ガス入口31及び酸化剤ガス入口32の付近で反応ガスの消費が少なくなるので、燃料ガス出口34及び酸化剤ガス出口35に向かう反応ガスの濃度が保たれる。また、電気化学反応で生じた生成水により、燃料ガス出口34及び酸化剤ガス出口35に近づくにつれ、電解質膜の湿潤状態が徐々に良くなり(換言すれば、電解質膜の導電性が高くなる)、発電電流が次第に高くなる。特に、燃料ガス出口34及び酸化剤ガス出口35付近では、反応ガスの濃度がある程度保たれており且つ電解質膜の湿潤状態が最も良いので、電気化学反応が比較的に活発となる。
When the electrochemical reaction in the vicinity of the
そして、ステップS4が終了すると、再び発電電流の測定が行われる(ステップS2)。 Then, when step S4 ends, the generated current is measured again (step S2).
一方、ステップS3で燃料ガス入口31及び酸化剤ガス入口32の付近の電流計測値が燃料ガス出口34及び酸化剤ガス出口35の付近の電流計測値よりも大きくないと判定した場合、制御部45は、燃料ガス入口31及び酸化剤ガス入口32の付近の電流計測値が燃料ガス出口34及び酸化剤ガス出口35の付近の電流計測値よりも小さいか否かを更に判定する(ステップS5)。そして、燃料ガス入口31及び酸化剤ガス入口32の付近の電流計測値が燃料ガス出口34及び酸化剤ガス出口35の付近の電流計測値よりも小さいと判定した場合に、制御部45は、加湿される燃料ガス及び酸化剤ガスの湿度を上昇させるように、加湿器41,42に温度を上げる制御指令を送信する(ステップS6)。
On the other hand, if it is determined in step S3 that the measured current values near the
このとき、加湿器41,42は、上述の制御指令を受け、水の温度を上げる。加湿器41,42の水の温度が上がる(換言すれば、露点が上がる)と、燃料ガス及び酸化剤ガスに含まれる水分が増えるので、燃料ガス入口31及び酸化剤ガス入口32の付近の電解質膜の湿潤状態が良くなり、電解質膜の導電性が高くなる。従って、燃料ガス入口31及び酸化剤ガス入口32の付近の電気化学反応が比較的に活発になり、発電電流も上昇する。これに伴い、燃料ガス入口31及び酸化剤ガス入口32の付近で反応ガスの消費が多くなり、燃料ガス出口34及び酸化剤ガス出口35に向かう反応ガスの濃度が減っていく。燃料ガス出口34及び酸化剤ガス出口35付近の電気化学反応が比較的に緩慢になり、発電電流も低くなる。
At this time, the
そして、ステップS6が終了すると、再び発電電流の測定が行われる(ステップS2)。 Then, when step S6 ends, the generated current is measured again (step S2).
一方、ステップS5で燃料ガス入口31及び酸化剤ガス入口32の付近の電流計測値が燃料ガス出口34及び酸化剤ガス出口35の付近の電流計測値よりも小さくないと判定した場合(すなわち、燃料ガス入口31及び酸化剤ガス入口32の付近の電流計測値が燃料ガス出口34及び酸化剤ガス出口35の付近の電流計測値と等しい場合)、加湿器の温度は現状維持とされ、上記ステップS1が再び行われる。
On the other hand, when it is determined in step S5 that the current measurement values near the
本実施形態に係る燃料電池のエージング方法では、燃料ガス入口31及び酸化剤ガス入口32付近の発電電流、並びに燃料ガス出口34及び酸化剤ガス出口35付近の発電電流をそれぞれ計測し、燃料ガス入口31及び酸化剤ガス入口32付近の発電電流の計測値が燃料ガス出口34及び酸化剤ガス出口35の発電電流の計測値よりも大きい場合に加湿される燃料ガス及び酸化剤ガスの湿度を低下させ、燃料ガス入口31及び酸化剤ガス入口32付近の発電電流の計測値が燃料ガス出口34及び酸化剤ガス出口35付近の発電電流の計測値よりも小さい場合に加湿される燃料ガス及び酸化剤ガスの湿度を上昇させるので、電解質膜5の湿潤状態(すなわち、電解質膜5の導電性)と、燃料ガス及び酸化剤ガスの濃度分布との調整を行うことにより、セル全体の電流分布の偏りを抑制することができる。その結果、セル全体の電流分布を均一(例えば5%以内)に保つことが可能になるので、エージング時間を短縮することができる。
In the fuel cell aging method according to the present embodiment, the power generation currents near the
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、上述の実施形態において、発電電流の計測位置として、燃料ガス入口31及び酸化剤ガス入口32付近並びに燃料ガス出口34及び酸化剤ガス出口35付近を挙げて説明したが、セル全体における発電電流分布を得られるように計測位置を更に増やしても良い。
Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various designs can be made without departing from the spirit of the present invention described in the claims. You can make changes. For example, in the above-described embodiment, the measurement position of the generated current has been described with reference to the vicinity of the
1 セル
2 MEGA
3 セパレータ
4 膜電極接合体
5 電解質膜
6 電極
7 ガス拡散層
8 ガスケット
10 燃料電池
21 燃料ガス流路
22 酸化剤ガス流路
23 冷却水流路
31 燃料ガス入口
32 酸化剤ガス入口
33 冷却水入口
34 燃料ガス出口
35 酸化剤ガス出口
36 冷却水出口
40 エージング装置
41,42 加湿器
43,44 電流計測器
45 制御部
46 放電器
47 電圧測定器
1
3
Claims (1)
少なくとも前記反応ガス入口付近及び前記反応ガス出口付近の発電電流をそれぞれ計測し、
前記反応ガス入口付近の発電電流の計測値が前記反応ガス出口付近の発電電流の計測値よりも大きい場合には加湿される反応ガスの湿度を低下させ、前記反応ガス入口付近の発電電流の計測値が前記反応ガス出口付近の発電電流の計測値よりも小さい場合には加湿される反応ガスの湿度を上昇させることを特徴とする燃料電池のエージング方法。 A fuel cell aging method for supplying a humidified reaction gas to perform aging for a fuel cell in which a plurality of cells having a reaction gas inlet and a reaction gas outlet are stacked,
At least measuring the generated current near the reaction gas inlet and near the reaction gas outlet,
When the measured value of the generated current near the reaction gas inlet is larger than the measured value of the generated current near the reaction gas outlet, the humidity of the humidified reaction gas is lowered, and the generated current near the reaction gas inlet is measured. A method for aging a fuel cell, comprising increasing the humidity of a reaction gas to be humidified when the value is smaller than the measured value of the generated current near the reaction gas outlet.
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JP2019020198A JP2020129434A (en) | 2019-02-07 | 2019-02-07 | Aging method of fuel cell |
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